1. Scharakteryzuj pomiar ilościowy gazu ziemnego. Scharakteryzuj rodzaje pomiarów oraz omów niepewności pomiarowe.
Pomiar ilościowy gazu - prowadzi się go przyrządami objętościowymi i prędkościowymi (pomiar strumienia objętości przepływającego medium). Do wykonywania pomiarów służą dwa zasadnicze rodzaje urządzeń: gazomierze objętościowe i zwężki pomiarowe z przepływomierzami.
a) przyrządy objętościowe:
- gazomierz laboratoryjny (mokry):używany do cechowania innych przyrządów, do dużych przepływów gazu
-gazomierz miechowy (suchy): służy do pomiaru niższych przepływów gazu w warunkach przemysłowych
- gazomierz cykloidalny (rotorowy): służy do pomiaru większych ilości gazu i pod większym ciśnieniem
- gazomierz turbinowy: służy do pomiarów rozliczeniowych gazu sieci przemysłowej wysokiego ciśnienia. Objętość przepływającego gazu mierzona jest pośrednio poprzez pomiar liczby obrotów turbiny. Prędkość obrotowa turbiny jest proporcjonalna do strumienia gazu.
b) przyrządy i metody prędkościowe:
-rotametr (przepływomierz pływakowy)
- anemometry: służą do pomiaru prędkości przepływu gazu gdy niewymagana jest dokładność pomiaru
-gazomierz elektryczny Thomasa: mierzy różnicę temperatur gazu wywołaną prędkością strumienia gazu przepływającego przez ogrzewaną siatkę na przekroju rurociągu
- rurki spiętrzające
- gazomierz zwężkowy: służy do pomiaru dużych strumieni. Elementem pomiarowym jest zwężka, wstawiona w prosty i gładki odcinek gazociągu powodując zmniejszenie jego przekroju. Odpowiednia obudowa zwężki pozwala na pomiar ciśnienia różnicowego (Δp) od którego zależy: wydatek masowy-, objętościowy-
Ze względu na cel, jakiemu mają służyć pomiary, można je podzielić na grupy:
pomiary bieżące, których celem jest bieżąca kontrola prawidłowości przebiegu zjawisk fizycznych zarówno w przyrodzie, jak i w urządzeniach zbudowanych przez człowieka. Kontrolę realizuje się przez pomiar charakterystycznych parametrów. niezbędnymi do kontroli przepływającego w sieci gazu są mierzone na bieżąco ciśnienie i temperatura;
pomiary badawcze, których celem jest uzyskanie informacji o nowo zbudowanych prototypowych maszynach i urządzeniach oraz nowo odkrytych zjawiskach i procesach;
pomiary kontrolne lub sprawdzające, które przeprowadzą się w celu sprawdzenia jakości wskazań użytych przyrządów i metod pomiarowych;
pomiary odbiorcze, które przeprowadza się przy przekazywaniu maszyn i urządzeń (mierzy się w umowny sposób określone parametry, wiedząc z góry, w jakich mają się one zawierać granicach). Pomiary te są sprawdzeniem parametrów nowych lub remontowanych urządzeń przed ich przekazaniem użytkownikom do dalszej eksploatacji.
Rodzaje i charakterystyka niepewności i błędów pomiarowych:
Rodzaje niepewności:
- Obliczanie niepewności standardowej – metoda A
Metodę typu A stosuje się, gdy dostępne są wyniki n pomiarów wielkości Xk , wykonywanych w takich samych warunkach. Różnice pomiędzy poszczególnymi wynikami pomiarów wielkości Xk są spowodowane efektami przypadkowymi.
Metoda typu A polega na oszacowaniu wielkości wejściowej poprzez obliczenie średniej arytmetycznej z wykonanych pomiarów, a następnie obliczenie odchylenia standardowego:
Średnia arytmetyczna Xkśr :
Odchylenie standardowe eksperymentalne s(Xk) :
Odchylenie standardowe eksperymentalne s(Xkśr) średniej:
- Obliczenie niepewności standardowej – metoda B
W metodzie typu B oblicza się odchylenie standardowe w oparciu o posiadane informacje o zmienności wielkości Xk , takie jak :
- dane z poprzednio wykonanych pomiarów
- posiadane doświadczenie lub ogólną wiedzę o zachowaniu i właściwościach odnośnych materiałów i przyrządów
- dane metrologiczne podane przez producenta przyrządu pomiarowego
- dane zawarte w świadectwach wzorcowania i innych certyfikatach
- niepewności przypisane danym z literatury
Jeśli możliwe jest jedynie oszacowanie granic (dolnej a1 i górnej a2) wielkości Xk, definiujących przedział, w którym z prawdopodobieństwem P = 100% znajduje się wartość Xk , przyjmuje się, że rozkład możliwych wartości jest równomierny.
Jeśli różnica pomiędzy symetrycznymi granicami a1 i a2 zostanie oznaczona jako 2a, wówczas odchylenie standardowe wielkości Xk oblicza się z zależności:
2. Podaj definicję i charakterystykę hydratów gazu ziemnego. Omów warunki powstawania i podaj sposoby inhibitorowania procesu tworzenia hydratu.
Hydraty - związki węglowodorów i wody. Związek ten może być w fazie ciekłej, gazowej i stałej. Najniebezpieczniejszy hydrat ze względu eksploatacji jest hydrat stały, białe krystaliczne ciała stałe złożone z węglowodorów i wody, z wyglądu podobne do lodu, mogące spowodować poważne przeszkody w ruchu. Mają one postać trwałą przy wysokich ciśnieniach i niskich temperaturach. Z chwilą odpowiedniego zmniejszenia ciśnienia lub podwyższenia temperatury rozpadają się na płynna wodę i gazowe względnie płynne węglowodory. Hydraty tworzą cztery pierwsze węglowodory i CO2 i H2S. Rozróżniamy mono- i polo hydraty. Metan tworzy z wodą heksahydraty CH4*6H2O, etan – heptahydrat C2H6*7H2O, propan i butan tworzą również heptahydraty C3H8*7H2O oraz C4H10*7H2O. Typowe miejsca występowania to strefa przyodwiertowa, zwężki, separatory ekspansyjne i miejsca nagłej zmiany kierunku przepływu. Hydraty powstają przy niskiej temperaturze i wysokim ciśnieniu. Warunkiem powstawania hydratów jest niska temperatura i wysokie ciśnienie oraz obecnosc wody Szczególnie wiosną występuje niejednokrotnie częściowe lub całkowite zamarzanie gazociągów, co jest bardzo groźnym zjawiskiem dla ciągłości ruchu. Już w zimie często tworzą się białe lub szare kryształy, osadzające się koncentrycznie wewnątrz gazociągu, co powoduje ciągłe zmniejszanie się jego przekroju. Wiosna jest najgrożniejsza, ponieważ najniższa temperatura ziemi na głębokości ułożenia gazociągu osiąga mniej więcej w tym czasie swoje minimum. Ponadto partie lodu względnie hydratów, oddzielone od ścian rurociągu przez chwilowe ocieplenie w niektórych odcinkach, mogą nagromadzić się w innych miejscach, powodując niekiedy nawet całkowite zakorkowanie gazociągu. Miejsca podejrzanie wykrywa się przez systematyczny pomiar spadku ciśnień. Obniżenie wilgotności gazu łączy się z obniżeniem punktu rosy i jeżeli najniższa temperatura ruchowa gazu jest wyższa od temperatury rosy, wówczas nie nastąpi wydzielenie się hydratów. Aby zapobiegać ich powstaniu powinno się utrzymywać temperaturę gazu powyżej temperatury krytycznej hydratów(ogrzewanie parowe albo elektryczne) lub obniżyć prężność pary wodnej w gazie poniżej prężności pary hydratów w danej temperaturze. Drugi warunek może być spełniony przez obniżenie zwilgocenia gazu na drodze odwadniania. Zapobiegamy powstawaniu hydratów także wtryskując inhibitor, najczęściej używany jest metanol albo glikol(alkohol wyższego rzędu). Są to związki których obecność w gazie powoduje ze powstały hydrat nie zestali się. Można również zastosować mechaniczną metodę usuwania hydratów np. sondy czyszczące. ‘ Kolejną z metod jest obniżenie ciśnienia, jest to metoda stosowana tylko w warunkach awaryjnych. Stosuje się głownie do likwidacji już powstałych hydratów poprzez zamknięcie zaworów na danym odcinku i kolejno zmniejszenie ciśnienia przez wypuszczenie pewnej ilości gazu do atmosfery. Następuję zjawisko sublimacji przejścia ciała stałego w gaz.
3. Podaj postaci I zasady termodynamiki. Pokaż postać różniczkową i całkową równań I zasady termodynamiki.
W układzie zamkniętym zmiana energi wewnętrznej układu może być spowodowana wymianą ciepła lub/i pracą zmiany objętości czynnika
Ed = Eu + Ew
Ed – suma energii dopływającej do układu w czasie;
ΔEu – przyrost energii układu w czasie;
Ew – suma energii opuszczających układ w czasie.
Jest to zasada zachowania energii w termodynamice – równoważność pracy i ciepła. Zmiana energii wewnętrznej jest równa sumie ciepła pobranego (oddanego) przez układ i pracy wykonanej nad układem przez siły zewnętrzne:
U2 − U1 = Q + W
U1 – energia początkowa układu,
U2 – energia końcowa układu,
Q – energia pobrana (oddana) w wyniku ciepła,
W – energia pobrana (oddana) w wyniku wykonanej pracy nad układem przez siły zewnętrzne.
Rozważmy proces adiabatyczny sprężania gazu od V1 do V2. Wykonanie pracy powoduje przyrost energii wewnętrznej układu:
∫V1V2dWzew, ad = U2 − U1
We wzorze U1 jest początkową energią wewnętrzną gazu a U2 jest energią końcową.
Jeśli uwzględnimy, że energię możemy dostarczyć zarówno w postaci ciepła jak i pracy, możemy napisać:
U2 − U1 = U = Wzew + Qzew
dU = dWzew + dQzew
Układ zamknięty – jest to taki układ termodynamiczny do którego nie dopływa ani nie wpływa żadna energia.
Układ otwarty – jest wówczas jeżeli przez osłonę kontrolną do układu wpływa lub wypływa energia. Dla układu adiabatycznego zamkniętego energia jest niezmienna. Ed=Ew.
4. Podaj kryteria ustalania wydatku dozwolonego odwiertu.
Wydatek dozwolony jest określony w oparciu o analizę węzłową. jest to taki wydatek z którym eksploatacja uważana jest za bezpieczną. powinien gwarantować możliwie wysoki stopień zczerpania złoża w optymalnym czasie eksploatacji. Głównym kryterium wydatku jest tak zwana depresja dopuszczalna czyli różnica ciśnień pomiędzy ciśnieniem średnim złożowym a ciśnieniem dennym dynamicznym, której nie należy przekraczać w trakcie eksploatacji. Średnie ciśnienie złożowe jest to ciśnienie denne statyczne czyli określane na dnie odwiertu przy zamkniętej głowicy po odczekaniu czasu stabilizacji. Natomiast denne dynamiczne jest złożeniem ciśnienia dennego statycznego z uwzględnieniem oporów przepływu. Podczas ustalania depresji dopuszczalnej brane pod uwagę są następujące czynniki:
- intensywność dopływu wody w rejon strefy oddziaływania odwiertu
- stopień piaszczenia złoża czyli intensywność wynoszenia cząstek stałych przez wypływające płyny złożowe.
- stan techniczny odwiertu- głównym elementem jest stan zacementowania rur okładzinowych oraz drożność wykonanej perforacji
-stan techniczny głowicy- mogą być przypadki gdzie głowica nie jest właściwie dobrana do danego odwiertu
- przepustowość urządzeń napowierzchniowych
Z wymienionych czynników największe znaczenie posiadają dwa pierwsze tj. intensywność dopływu i stopnień piaszczenia ponieważ na te czynniki mamy najmniejszy wpływ.
Na podstawie próbnej eksploatacji odwiertu ustalana jest tzw. depresja dopuszczalna, która ma zapewnić ekonomicznie opłacalny wydatek przy minimalnej dopuszczalnej ilości wynoszonej wody